1、第五章 礦井排水設(shè)備 第一節(jié) 概述 一、礦井排水設(shè)備的任務(wù)和分類 v1、礦水 v（1）礦水來(lái)源 v涌入礦井的水統(tǒng)稱為礦水。礦水主要來(lái)源于地面水和地下水。 v（2）涌水量 v絕對(duì)涌水量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)涌入礦井的水的體積量（q），單位是m3/h； v相對(duì)涌水量：同時(shí)期內(nèi)相對(duì)于單位煤炭產(chǎn)量的涌水量，也稱含水系數(shù)。 以“Ks”表示。 tm T q K s / 24 3 v3、分類 v礦井排水設(shè)備分為固定式和移動(dòng)式。固定式 排水設(shè)備根據(jù)其服務(wù)范圍又分為主排水設(shè)備、 區(qū)域排水設(shè)備和輔助排水設(shè)備。 v二、礦井排水設(shè)備的組成 v1、組成 v水泵、電機(jī)及電控設(shè)備、管路及附件、監(jiān)測(cè)儀表等。 v2、各部分功用 v葉輪:

2、傳遞能量,提高水的能量(靜壓和動(dòng)壓) v電動(dòng)機(jī):驅(qū)動(dòng)設(shè)備,通過(guò)聯(lián)軸器與泵軸聯(lián)接,帶動(dòng)泵軸上的 葉輪轉(zhuǎn)動(dòng). v底閥:水泵啟動(dòng)前向水泵內(nèi)灌引水時(shí)或水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 水泵和吸水管內(nèi)的水不漏掉. v調(diào)節(jié)閥:安裝在靠近水泵的出水管上,用來(lái)調(diào)節(jié)水泵的揚(yáng) 程和流量.啟動(dòng)時(shí)關(guān)閉調(diào)節(jié)閥,電動(dòng)機(jī)功率最小,停泵時(shí)關(guān) 閉閘閥 以避免水擊. v 逆止閥:安裝在閘閥有上方,防止水泵突然停電時(shí),發(fā)生水 擊. v旁通管：接在逆止閥和閘閥兩端，水泵啟動(dòng)前向水泵充 灌引水。 v放氣栓：在充灌引水時(shí)排出水泵內(nèi)的空氣。 v放水管：檢修水泵和管路時(shí)放掉排水管中的 水。 v 濾水器：裝在吸水管的末端，過(guò)濾水中的雜 物，防止雜物進(jìn)入水泵。

3、排水設(shè)備一般由水泵、電動(dòng)機(jī)、吸水管、排水管、管路附 件及儀表等組成 。如圖1所示。 圖1 排水設(shè)備示意圖 1、水泵，2、電機(jī)， 3、啟動(dòng)設(shè)備，4、吸 水管，5、濾水器，6、 底閥，7排水管，8、 調(diào)節(jié)閥門，9、逆止 閥，10、旁通管，11 灌引水漏斗，12、放 水管，13、放水閥， 14、真空表，15放氣 栓，16、壓力表 第二節(jié)、離心式水泵的組成及工作原理 離心泵 1、離心泵 離心泵的實(shí)物圖 手動(dòng)閘閥示意圖 手動(dòng)閘閥實(shí)物圖 2、閘閥、閘閥 目前自動(dòng)閘閥主要有兩種形式：電動(dòng)執(zhí)行的電動(dòng)閘閥和液壓執(zhí)行的液動(dòng)閘閥。 液動(dòng)閘閥 電動(dòng)閘閥 自動(dòng)閘閥 液動(dòng)閘閥的液壓原理圖 1-油箱；2-梭閥；3-液壓泵；

4、4-溢流閥；5-液控單向閥；6-油缸 液動(dòng)閘閥 3、水介質(zhì)電液球閥、水介質(zhì)電液球閥 防爆外殼 液壓管路入口 轉(zhuǎn)動(dòng)球閥 （a） 關(guān)閉狀態(tài) （b） 打開(kāi)狀態(tài) 1、組成： 離心式水泵主要由葉輪、葉片、外殼、泵軸和軸承等組成 。 2、離心式水泵的工作原理 水泵啟動(dòng)前，應(yīng)先用水注滿泵腔和吸水管，以排除空氣。啟動(dòng)后， 泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪中的水在離心力的作用下被甩向葉輪葉 輪周圍壓向泵殼，通過(guò)排水管排至地面，與此同時(shí)，葉輪中心進(jìn) 水口處，由于水被拋至輪緣而形成真空，吸水井中的水在大氣壓 的作用下，通過(guò)濾水器、底閥及吸水管進(jìn)入水泵，填補(bǔ)葉輪中心 的真空，葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，吸水井中的水就不斷被吸入和甩出，形 成

5、連續(xù)不斷的排水。 1葉輪；2葉片； 3軸；4外殼； 5吸水管； 6濾水器底閥； 7排水管； 8注水漏斗； 9閘板閥 v按水泵的安裝分： v1）固定式水泵 將水泵固定在水泵房?jī)?nèi)工作，是礦井的主排 水設(shè)備。 v2）移動(dòng)式水泵 將水泵安裝后可以移動(dòng)其工作位置，是礦井 的輔助排水設(shè)備，常用于掘進(jìn)或淹沒(méi)巷道的排水。 v 在煤礦中，主要的排水設(shè)備常用D型水泵。D型泵是單吸 多級(jí)分段式離心泵，輸送液體的溫度一般不超過(guò)80度，并有 清水泵和酸堿泵之分，具有流量和揚(yáng)程范圍大、效率高、工 作平穩(wěn)等特點(diǎn)，適合礦山排水。 v 井底水窩和采空局部排水常用JS型單級(jí)離心式水泵。 第二節(jié)離心式水泵的結(jié)構(gòu) v一、離心式水泵的

6、分類 v按葉輪數(shù)目分 v1)單級(jí)水泵 泵軸上僅裝有-個(gè)葉輪 v2)多級(jí)水泵 泵軸上裝有幾個(gè)葉輪 v按水泵吸水方式分 v1)單吸水泵 葉輪上僅有-個(gè)進(jìn)水口 v2)雙吸水泵 葉輪兩側(cè)各有-個(gè)進(jìn)水口 v按泵殼的結(jié)構(gòu)分 v1)螺殼式水泵 v2)分段式水泵 垂直泵軸心線的平面上有泵殼接縫 v3)中開(kāi)式水泵 在通過(guò)泵軸心線的水平面上有泵殼接縫 按泵軸的位置分 1)臥式水泵 泵軸呈水平位置 2)立式水泵 泵軸呈垂直位置 按比轉(zhuǎn)數(shù)分 1)低比轉(zhuǎn)數(shù)水泵 比轉(zhuǎn)數(shù)nS=4O80 2)中比轉(zhuǎn)數(shù)水泵 比轉(zhuǎn)數(shù)nS=8O150 3)高比轉(zhuǎn)數(shù)水泵 比轉(zhuǎn)數(shù)nS=150300 二、離心式水泵的結(jié)構(gòu) D型泵的結(jié)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)動(dòng)部分、

7、固定部分、和密封部分組成。 1、轉(zhuǎn)動(dòng)部分主要由泵軸、葉輪、 平衡盤和軸承組成。葉輪和平衡 盤裝在泵軸上，泵軸支承在軸承 上，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 （1）葉輪 作用：是泵的主要部件。將 機(jī)械能傳遞給水，使水的壓力 能和動(dòng)能得到提高。 結(jié)構(gòu)：形狀取決于比轉(zhuǎn)數(shù)，由 前盤面、后盤面、葉片、輪轂組成 。 D 型泵葉片數(shù)目一般為57片，因后彎葉片的葉輪效率高， 所以離心式水泵大都采用后彎的葉輪。 （2）泵軸：作用是傳遞扭矩和支承套裝在它上面的 轉(zhuǎn)動(dòng)部件。 （3）平衡盤：作用是平衡水泵的軸向推力。 離心式水泵的軸向推力及平衡方法 葉輪為單吸式的水泵，從葉輪 流出的高壓水作用在葉輪的前后盤 上，高壓水作用在前

8、后盤上的壓力 不等，后盤壓力大，前盤壓力小， 在工作時(shí)產(chǎn)生向吸水側(cè)的軸向推力 作用，迫使葉輪和轉(zhuǎn)子一起朝入口 方向移動(dòng)。單級(jí)泵的軸向推力有幾 百公斤；多級(jí)分段式水泵的可達(dá)幾 噸。軸向推力必須予以平衡才能保 證泵的正常工作。 危害 使整個(gè)轉(zhuǎn)子向吸水側(cè)竄動(dòng)。 1、使葉輪造成破壞性磨損； 2、軸承發(fā)熱、電動(dòng)機(jī)負(fù)載增加； 3、使葉輪出水口與導(dǎo)水圈的導(dǎo)葉進(jìn)口發(fā)生偏移，引 起沖擊和渦流，降低泵的效率。 （三）軸向推力的平衡方法 1、平衡孔 構(gòu)成一個(gè)平衡室，降低平衡室內(nèi)的壓強(qiáng)。其方法如 下： （1）在葉輪后底盤上鉆孔，把平衡室和葉輪入口連 接起來(lái)，使兩側(cè)壓強(qiáng)相等； （2）用專門的通路將平衡室與低壓區(qū)溝通，達(dá)

9、到降 壓目的。 2、固定部分：進(jìn)水段、中段、出水段組成，用拉緊螺栓連接。 （1）進(jìn)水段：接受吸水管來(lái)的水，使水均勻地導(dǎo)入第一級(jí)葉輪入 口，降低流動(dòng)損失。 （2）中段由導(dǎo)水葉片和返水葉片組成 1）導(dǎo)水圈：作用是引導(dǎo)水流運(yùn)動(dòng)方向，降低流速，使一部分動(dòng)壓 轉(zhuǎn)換為靜壓。 2）返水圈：作用是以最小的損失把水引入下一級(jí)葉輪的入口。 注意：導(dǎo)水圈葉片與葉輪葉片數(shù)應(yīng)互為質(zhì)數(shù)。 （3）出水段（螺殼型）：出水口位于出水段（最后一級(jí)葉輪的后 面），為垂直方向。作用是以最小的損失，將導(dǎo)水圈中流出的水 匯集起來(lái)并均勻地引至出水口；同時(shí)，使一部分動(dòng)壓變?yōu)殪o壓。 水泵的進(jìn)水段、中間段、葉輪和出水段總稱為水泵的過(guò)流部件。其

10、形狀和材質(zhì)的好壞是影響水泵性能和壽命的主要因素。 進(jìn)水段：把吸水管進(jìn)來(lái)的水 流引入第一級(jí)葉輪的入口。 中間段：導(dǎo)水圈、返水圈和 密封環(huán)都固定在中間段上。 水泵的級(jí)數(shù)越多，中間段的 數(shù)目也越多。 出水段（螺殼）：把后一級(jí) 葉輪出來(lái)的水流收集起來(lái)， 形成總流，并使其緩慢排向 排水管。 主要零部件 葉輪：對(duì)流體產(chǎn)生揚(yáng)程。 用于排污濁或含有 大量顆粒的液體 導(dǎo)水圈、返水圈：設(shè)水泵的中段上，導(dǎo)水圈把流體的動(dòng) 能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽瑴p少能量損失；返水圈是把水導(dǎo)入次級(jí) 葉輪。 3、水泵的密封 水泵的密封包括固定段之間結(jié)合面的密封、轉(zhuǎn)動(dòng)部分的密封。 固定件之間密封：紙墊密封 轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定之間的密封 （1）葉輪的密

11、封 葉輪采用密封環(huán)密封。密封環(huán)又叫口環(huán)，葉輪進(jìn)口用大口環(huán)密封 葉輪背面輪轂用小口環(huán)密封，便于磨損后更換。 （2）吸水側(cè)和排水側(cè)的填料密封 2）填料裝置 吸水側(cè)填料裝置：作用是防止空氣進(jìn)入泵內(nèi)。包 括水封環(huán)和填料。 排水側(cè)填料裝置：作用是防止壓力水向外泄漏。 注意：填料壓蓋不可擰得太緊。 v填料又叫盤根.吸水側(cè)填料由填料箱、填料、 水封環(huán)及填料壓蓋組成。一般用浸油石棉繩彎 成圓形裝入填料箱.水封環(huán)裝在填料箱中間。 水封環(huán)上一般有個(gè)小孔，由水泵中段引入的 壓力水通過(guò)徑向孔流入水封環(huán)內(nèi)緣并四溢到填 料周圍，封住全部軸隙，阻止空氣進(jìn)入水泵吸 水口。 (二)離心式水泵的型號(hào)表示方法： v 第三節(jié)離心式水

12、泵的性能與工況分析 一、離心式水泵的性能參數(shù) 1） 流量 水泵在單位時(shí)間內(nèi)所排出水的體積，稱為水泵的流量，用 符號(hào)Q表示，單位m3/s , m3/h。 2）揚(yáng)程 單位重力的水通過(guò)水泵后所獲得的能量，稱為水泵的揚(yáng)程， 用符號(hào)H表示，單位為m。 吸水揚(yáng)程(吸水高度) 泵軸線到吸水井水面之間的垂直高度，稱為吸水揚(yáng)程，用符號(hào) HX 表示，單位為m。 v排水揚(yáng)程（排水高度） v泵軸線到排水管出口處之間的垂直高度，稱 為排水揚(yáng)程。用符號(hào)Hp表示，單位為m. v實(shí)際揚(yáng)程（測(cè)地高度） v從吸水井水面到排水管出口中心線間的垂直 高度，稱為實(shí)際揚(yáng)程。用符號(hào)Hc表示，單位 為m，即Hc=Hx+Hp 總揚(yáng)程 總揚(yáng)程H

13、為實(shí)際揚(yáng)程、損失揚(yáng)程hw和在水在管路中以速度v 流動(dòng)時(shí)所需的（速度水頭）揚(yáng)程之和，稱為水泵的總 揚(yáng)程,即 2 2g hwHcH 1000 N x QH 3）功率 水泵在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的大小叫做水泵的功率。 水泵的軸功率 電動(dòng)機(jī)傳給水泵軸的功率，即水泵的軸功率（輸入功率） 水泵的有效功率 水泵實(shí)際傳遞給水的功率，即水泵的有效功率（輸出功 率）用符號(hào)NX 表示。礦水的重度 水泵的流量水泵的揚(yáng)程 Z P QH 1000 4）效率： 水泵的有效功率與軸功率之比，叫做水泵的效率，用符號(hào) 表示。 5）轉(zhuǎn)速 水泵軸每分鐘的轉(zhuǎn)速，叫做水泵的轉(zhuǎn)速。 6）允許吸上真空度或汽蝕余量 在保證水泵不發(fā)生汽蝕的情況下

14、，水泵吸水 口處所允許的真空度，叫做水泵的允許吸上真空 度。用符號(hào)Hs表示。 水泵吸水口處單位重量的水超出水的汽化壓 力的富余能量，叫做水泵的汽蝕余量。 v二、離心式水泵的性能曲線 v（1）水泵的性能曲線有四條，即揚(yáng)程特 性曲線（H-Q）、軸功率特性曲線（N- Q）、效率特性曲線（-Q）、和汽蝕余 量曲線或允許吸上真空度曲線 v（1）揚(yáng)程特性曲線（H-Q）揚(yáng)程特性曲 線表示流量和揚(yáng)程之間的關(guān)系。后彎葉 片H=A-BQ vA、B為常數(shù)，壓頭線是一條下降的直線。 v從圖中可以看出，當(dāng)流量為零時(shí)，揚(yáng)程最大，這時(shí)的揚(yáng)程叫 初始揚(yáng)程，用H0表示。隨著流量的增加，揚(yáng)程逐漸降低。 v（2）軸功率特性曲線（N

15、-Q）：軸功率特性曲線表示流量 和軸功率之間的關(guān)系，從圖中可以看出，軸功率隨流量的增 加逐漸增大。流量為零時(shí)，軸功率最小，所以，水泵應(yīng)閘閥 完全關(guān)閉時(shí)啟動(dòng)。減小啟動(dòng)電流。 v（3）效率特性曲線（-Q）：效率特性曲線類似于 拋物線，額定流量時(shí)效率最高。 v（4）汽蝕余量曲線或允許吸上真空度曲線：允許 吸上真空度曲線表示水泵入口處的真空度和流量之 間的關(guān)系，隨著流量的增加，水泵入口處的真空度 逐漸減小，水泵的吸水高度就要降低。 離心泵的實(shí)際特性曲線 實(shí)際特性圖 排水管道特性方程 2 g H = H + RQ R R 稱為管道阻力系數(shù)。對(duì)于一定的排水管道，因管道直徑、長(zhǎng)度、粗糙度 以及管道附件等都是

16、不變的，所以 為一常數(shù)。Q-管路中的流量 排水管道特性曲線 四、 水泵的工況點(diǎn) 工況點(diǎn) 水泵是和管路連接而工作的。水泵的流量就是從管路中流 過(guò)的水量；水泵的揚(yáng)程就是水流經(jīng)管路時(shí)的總壓頭消耗。 所以，如果把水泵特性曲線和管路特性曲線按同一比例畫(huà) 在同一坐標(biāo)圖上，所得的交點(diǎn)就是水泵的工作點(diǎn)，稱為工 況點(diǎn)。點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的參數(shù)稱為工況參數(shù)。 2、工業(yè)利用區(qū) 工業(yè)利用區(qū)是水泵特性曲線上允許使用的區(qū)段。在這個(gè) 區(qū)段內(nèi)工作，水泵滿足穩(wěn)定工作和經(jīng)濟(jì)工作的條件。 （1）穩(wěn)定工作 水泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中工況點(diǎn)是單值的，不能出現(xiàn)無(wú)交 點(diǎn)或多交點(diǎn)。 1）不穩(wěn)定的原因 無(wú)工況點(diǎn)（H0HC） 多工況點(diǎn)（H0 50m3/ h時(shí) 工作泵：

17、 n1 =QB / Qe 備用水泵: n2 70% n1 且 (n1+n2) Qe QB max 檢修水泵： n3 : n3 25% n1 總臺(tái)數(shù) n= n1 + n2 + n3 設(shè)計(jì)計(jì)算舉例： 有一礦井副井（豎井）地面標(biāo)高為+18.5m，第 一水平井底標(biāo)高為-500m。正常涌水量為700m3/h， 最大涌水量為1100m3/h，持續(xù)時(shí)間70d。涌水為中 性，重度為10006N/m3，水溫為15,屬于低沼氣礦 井，年產(chǎn)量120萬(wàn)噸，試選擇排水設(shè)備。 解： 1）水泵應(yīng)具備的排水能力 正常涌水期 QB1.2qz=1.2700=840 m3/h 最大涌水期 QBmax1.2qmax=1.21100=

18、1320 m3/h 2）水泵所需揚(yáng)程 表6-1，取g =0.9 HB=Hc/g =（500+18.5+4）/0.9=580.5m 3）預(yù)選水泵 根據(jù)水泵的產(chǎn)品目錄，選取水泵型號(hào)：D450- 6010，其額定流量Qe=450 m3/h ，額定揚(yáng)程 He=600m 4）確定水泵的臺(tái)數(shù) 工作泵的臺(tái)數(shù)：n1 =QB / Qe = 840/450 =1.87 取 n1 = 2 備用泵的臺(tái)數(shù)：n2 70% n1 =0.72=1.4 和 n2 QB max / Qe -n1 =1320/450-2=0.93 取 n2 =2 檢修泵的臺(tái)數(shù)：n3 25% n1 =0.252= 0.5 取 n3 = 1 共選擇五

19、臺(tái)水泵。 第九節(jié)排水設(shè)備的安全運(yùn)行 一、水泵的操作與運(yùn)行 （一）水泵啟動(dòng)前的檢查 （1）水泵司機(jī)和水泵維修人員應(yīng)該經(jīng) 過(guò)專業(yè)培訓(xùn)，禁止非司機(jī)開(kāi)車和監(jiān)護(hù)設(shè)備。 （2）水泵起動(dòng)前，應(yīng)首先檢查。 檢查內(nèi)容：電氣設(shè)備和線路 、開(kāi)關(guān)手把 、 連接螺栓 、聯(lián)軸器 、潤(rùn)滑油 、吸水管路以及 底閥 （1）水泵必 須灌滿水后才能 起動(dòng) 有底閥時(shí)，打開(kāi)放氣閥，直到放氣閥完全冒水時(shí)，表示水泵已灌 滿水。這時(shí)，在關(guān)閉放氣閥和放水閥后，起動(dòng)水泵。 采用噴射泵無(wú)底閥排 水，在灌水時(shí)，必須先順 序打開(kāi)閥門11、10，直到 混合管排出的全是水時(shí)， 水泵才灌滿水。這時(shí)，關(guān) 閉閥門，起動(dòng)水泵。 采用噴射泵實(shí)現(xiàn)無(wú)底閥排水系統(tǒng)示意圖

20、 1-水泵；2-閘閥；3-逆止閥；4-排水管； 5-噴射泵；6-真空表；7-電動(dòng)機(jī)； 8-濾水器；9-回水管；10、11-閥門；12- 混合室；13-混合管 （2）啟動(dòng)水泵時(shí)，應(yīng)完全關(guān)閉閘閥啟動(dòng)。 （3）電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后達(dá)到正常轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)立即根 據(jù)儀表的指示，判斷水泵是否上水，若沒(méi)有上水， 應(yīng)停電動(dòng)機(jī)，排除故障后，重新啟動(dòng)。 （三）水泵的運(yùn)行 當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，應(yīng)立即停車檢修 ： （1）有異常震動(dòng)或異常聲響。 （2）電流表有劇烈擺動(dòng)或電流超過(guò)額定電流或 電壓超過(guò)額定電壓5%時(shí)。 （3）底閥埋入水面深度不合規(guī)定。 （4）溫升超限：電動(dòng)機(jī)溫升超過(guò)銘牌規(guī)定、滑 動(dòng)軸承超過(guò) 65 或滾動(dòng)軸承超過(guò) 75 時(shí)。 （5）填料處滲水量過(guò)大或無(wú)水滴出又調(diào)整無(wú)效、 填料箱過(guò)熱，平衡盤放水管水量變化異常。 停車時(shí)，應(yīng)先慢慢關(guān)閉閘閥，以免引起水擊， 再斷電。 離心水泵的停止過(guò)程 緩慢關(guān)閉閘閥。 按停電按鈕，停止電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。 正壓排水時(shí)，應(yīng)關(guān)閉進(jìn)水管上的閥門。 將電動(dòng)機(jī)及起動(dòng)設(shè)備的手輪、手柄恢復(fù)到停車位置。 長(zhǎng)的期停運(yùn)應(yīng)放掉泵內(nèi)存水(當(dāng)冬季有凍冰危險(xiǎn)時(shí))。 當(dāng)電源切斷以后，要注意觀察水泵轉(zhuǎn)子繼續(xù)